Adulte Neurogenese in Säugetieren ist eingeschränkt auf zwei Gehirnbereiche, der subgranulären Zone (SGZ) des Hippocampus und der subventrikulären Zone (SVZ) um die Ventrikelwände herum. Vorhergehende Arbeiten in unserem Labor haben gezeigt, dass Überexpression der Zellzyklusregulatoren Cdk4/Ccnd1 (4D) in neuralen Stammzellen (NSZ) der SGZ oder SVZ ihre G1 Phase verkürzt und dadurch zu einer erhöhten Proliferationsrate führt. Dies hatte eine höhere Anzahl an neugeborenen Neuronen zur Folge, welche die Performance von Mäusen in Hippocampus-abhängigen Gedächtnis- bzw. in Geruchunterscheidungstests verbessert hat. Allerdings wurde die 4D Überexpression bislang durch das Benutzen von entweder integrierenden Lentiviren (SGZ) oder transgenen Mäusen (SVZ) durchgeführt, was diese Vorgehensweise einschränkt hinsichtlich potenzieller klinischer Anwendungen wie Schlaganfall oder neurodegenerativen Erkrankungen. In meiner Thesis habe ich ein 4D Überexpressionssystem entwickelt, was klinisch anwendbar ist und dies in einem Mausmodell von Schlaganfall getestet. Zu diesem Zweck wurde zum ersten Mal ein rekombinanter Adeno-assoziierter Virus (rAAV) Serotyp identifiziert, der die Transduktion von sowohl SGZ als auch SVZ NSZs ermöglichte. In der SVZ resultierte die 4D Überexpression in einer erhöhten NSZ Proliferation und Neurogenese, was einen grundlegenden Beweis für das rAAV-4D System lieferte. Zusätzlich wurden ein photothrombotisches und ein Endothelin-1 (ET-1) Striatum Schlaganfallmodell sowohl für histologische als auch Verhaltensuntersuchungen etabliert. Im ET-1 Modell wurde Migration von Neuroblasten zum Bereich der Schädigung hin beobachtet, die von der SVZ stammten. Histologische Analysen der rAAV-4D Überexpression nach ET-1 Schlaganfall wiesen eine erhöhte Anzahl an migrierenden Neuroblasten und Überleben der Neuronen auf. Zusammen mit zukünftigen zellulären Charakterisierungen und Verhaltenstests liefert diese Arbeit die Basis für potenzielle 4D Anwendungen nicht nur für Schlaganfall, sondern auch für andere neurodegenerative Erkrankungen. Perspektivisch könnte die Identifizierung von rAAV Serotypen, die andere Stamm- oder Vorläuferzellen transduzieren, weiter die Toolbox von rAAV-4D Behandlungsmöglichkeiten für klinische Anwendungen anderer Bereiche der regenerativen Medizin erweitern. / Adult neurogenesis in mammals is restricted to two areas of the brain, the hippocampal subgranular zone (SGZ) and the subventricular zone (SVZ) lining the ventricle walls. Previous work in our lab has shown that overexpression of the cell cycle regulators Cdk4/Ccnd1 (4D) in SGZ or SVZ neural stem cells (NSCs) shortens their G1 thereby resulting in an increased rate of proliferation. This led to a higher number of newborn neurons improving the performances of mice in hippocampus dependent memory or odour discrimination tasks, respectively. However, the 4D overexpression was so far achieved using integrating lentiviruses (SGZ) or transgenic mice (SVZ) limiting this approach from potential clinical applications such as stroke and other neurodegenerative diseases. In my thesis, I set out to develop a 4D overexpression system that is clinically applicable and to test this in a mouse model of stroke. To this end, a recombinant adeno-associated virus (rAAV) serotype was for the first time identified that enabled the transduction of both SGZ and SVZ NSCs. In the SVZ, 4D overexpression resulted in increased NSC proliferation and neurogenesis providing a proof of principle for the rAAV- 4D system. Additionally, a photothrombotic and an endothelin-1 (ET-1) striatum stroke model were established for both histological and behavioural analysis. In the ET-1 model, SVZderived neuroblast migration towards the site of injury was observed. Histological analysis of rAAV-mediated 4D overexpression after ET-1 stroke demonstrated an increased number of migrating neuroblasts and neuronal survival in the striatum. Together with future cellular characterizations and behavioural tests, this work provides the basis for potential 4D applications not only for stroke but also for other neurodegenerative diseases. In a bigger picture, identification of rAAV serotypes that transduce other stem and progenitor cells could even further expand the toolbox of rAAV-4D treatments for clinical applications of different areas of regenerative medicine.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:72391 |
| Date | 08 October 2020 |
| Creators | Hertlein, Simon |
| Contributors | Buchholz, Frank, Ader, Marius, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English, German |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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